TD 1 : exemple de description thermodynamique de la nébuleuse

TD 1 : exemple de description thermodynamique de la nébuleuse solaire et
de la différenciation planétaire. Questions-réponses. Suite et fin.
3.1.
Dans les régions de basse température, décrire les processus d’hydratation et
d’oxydation.
Il faut ajouter plusieurs processus et variables naturelles afin de rendre compte de la formation
de phases hydratées (un mica est donné dans le document de la séquence de condensation, on
prendra ici comme exemple une serpentine Mg3Si2O5(OH)4(s) qui est encore plus simple) et
oxydées (la magnétite Fe3O4(s) qui intervient dans le document de séquence de condensation).
Pour poduire la serpentine, on ajoute comme variable naturelle: H2O(l)
Une réaction typique d’hydratation peut alors s’écrire :
Mg2SiO4(s) + MgSiO3(s) + 2H2O(l) = Mg3Si2O5(OH)4(s)
Une réaction d’oxydation avec les variables naturelles choisies dans ce contexte, peut
typiquement s ‘écrire :
3Fe(s) + 4H2O(l) = Fe3O4(s) + 4 H2(g)
La génération de H2(g) permet d’envisager dans ces milieux :
CO(g) + H2(g), = CH2O(g) précurseurs de matière organique
3.2. A partir de ces données, donnez et commentez le diagramme d’Urey
Présentation du diagramme d’Urey. Doc-7
Le fer condensé est conservé. Il est plus ou moins oxydé.
Les teneurs totales en Si peuvent varier
Les processus d’hydratation et d’oxydation relient les chondrites ordinaires aux chondrites
carbonées :
3Fe(s) + 4H2O(l) = Fe3O4(s) + 4 H2(g) explique l’évolution dans le diagramme d’Urey à fer
condensé total constant
D’autres processus invisibles dans le diagramme d’Urey relient les chondrites ordinaires aux
chondrites carbonées tels que : Mg2SiO4(ol) + MgSiO3(pyr) + 2H2O(l) = Mg3Si2O5(OH)4(serp)
ou CO(g) + H2(g), = CH2O(g) qui permet de générer de la matière organique (d’où le nom
chondrites carbonées)
Des processus de réduction relient les chondrites ordinaires et les chondrites à enstatite :
FeSiO3(pyr) + 2CO(g) = Fe(s) + SiO(g) + 2CO2(g) explique l’évolution dans le diagramme
d’Urey à fer condensé total constant
Cette libération de SiO(g) pourrait en outre favoriser :
Mg2SiO4(ol) + SiO(g) + CO2(g) = 2 MgSiO3(pyr)+ CO(g) qui expliquerait la prédominance de
l’enstatite dans ces chondrites
Des processus analogues permetrraient de comprendre la formation de chondrites ordinaires
puavres en fer (L ou LL)
FeSiO3(pyr) + 2CO(g) = Fe(l) + SiO(g) + 2CO2(g)
FeSiO3(pyr) + 2CO(g) = Fe(g) + SiO(g) + 2CO2(g)
A ce moment, le fer total n’est pas conservé et on s’éloigne de la droite dans le daigramme
d’Urey. On perd le fer sous sous forme liquide (noyau d’un petite planète) soit plutôt sous
forme gazeuse dans la nébuleuse.
3.3.
Proposez un processus d’échange de silicium entre manteau et noyau lors de la
formation de la Terre.
Le noyau de la Terre contient un ou plusieurs élements légers à hauteur de 10% en masse
environ. Le soufre est trop volatil (séquence de condensation) et ce n’est sans doute pas lui.
Le Si est donc un bon candidat.
Processus possible (un peu différent ce que je vous ai donné dans le TD mais un peu plus
simple à comprendre)
4 MgSiO3(pyr) + 2 Fe(métal l) = Fe2SiO4(ol) + 2 Mg2SiO4(ol) + Si(métal l)
Ainsi, on ferait entrer du Si dans le noyau et on augmente les teneurs en olivine et en Fer(II)
dans le manteau
Commentaire : quelles pressions et températures permettraient de reproduire les vraies
caractéristiques terrestres ? Apport fondamental de l’expérimentation et de l’observation
Pertinence d’une approche de modélisation permettant de prédire- d’interpoler les résultats
d’expériences virtuelles. Possibillité d’approcher des conditions extrêmes (exemple échanges
actuels à l’interface manteau-noyau ?)